一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统技术方案

一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，涉及电液伺服系统精确位置控制领域；包括电源变换单元、处理器单元、模数变换单元和功率放大单元；其中，电源变换单元包括第一电源变换模块、第二电源变换模块和电源保护及滤波模块；处理器单元包括总线通信控制器、DSP模块和CPLD模块；所述模数变换单元包括D/A转换模块和A/D转换模块；外部伺服模块包括第一阀线圈、第二阀线圈、第三阀线圈和伺服机构；本发明专利技术实现了对多种故障模式可以进行归一化检测，同时实现冗余阀线圈指令电流的独立控制。

A Fault Diagnosis Compensation Multichannel Independent Control Triple Redundancy Servo Control System

【技术实现步骤摘要】
一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统
本专利技术涉及一种电液伺服系统精确位置控制领域，特别是一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统。
技术介绍
液压型伺服机构包含机械反馈式和电反馈式，在目前的技术中：机械反馈伺服系统中，伺服机构的位移正比于伺服阀线圈上流过的电流，伺服机构采用模拟式控制器实现对伺服阀的零差补偿，伺服阀采用主线圈和辅线圈结构，主线圈电流为指令电流，由控制系统给出，辅线圈电流用于实现温漂等补偿由伺服系统通过控制器计算得出；如果控制器失效，一般会使伺服机构回零位，可靠性相对较高。电反馈伺服系统中，控制系统只给出数字指令信号，需要伺服系统采用数字式伺服控制器自行闭环控制并输出指令电流，伺服阀线圈上的电流正比于控制指令与伺服机构位移的差值，即当伺服阀线圈电流不为0时，伺服机构动作，阀线圈电流为0时，伺服机构处于稳定于指令要求的位置上，伺服阀线圈采用3组线圈冗余缠绕，同时控制，流过电流相同，只要有1组线圈正常工作，即有电流控制伺服阀工作，使伺服机构达到指令位置，只是相位会明显滞后；如果控制器失效，一般会使伺服机构开环失控。随着技术的发展和控制系统的要求，机械反馈式伺服系统需采用数字式控制，现有技术有两种可实现的方法：方案1：直接将原模拟式控制方式数字化，控制算法不变，伺服机构状态不变；方案2：采用电反馈系统的数字式控制器，控制算法略作修改，伺服阀线圈需将主辅式改为三冗余式；对于现有技术方案1：模拟与数字的差别是伺服闭环和指令电流输出由控制系统移到了伺服系统，对伺服系统提出了更高的可靠性要求，如果控制器或阀线圈特别是主线圈发生故障，伺服机构就不能再满足指令要求，降低了系统可靠性；对于现有技术方案2：由于3个阀线圈电流由1个指令控制，即使采用了三冗余线圈，如果1个线圈发生故障，流过伺服阀的总电流就下降了1/3，伺服机构的位置也只能达到指令要求的2/3，并且故障不可补偿，降低了系统可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供电液伺服系统精确位置控制领域，实现了对多种故障模式可以进行归一化检测，同时实现冗余阀线圈指令电流的独立控制。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，包括电源变换单元、处理器单元、模数变换单元和功率放大单元；其中，电源变换单元包括第一电源变换模块、第二电源变换模块和电源保护及滤波模块；处理器单元包括总线通信控制器、DSP模块和CPLD模块；所述模数变换单元包括D/A转换模块和A/D转换模块；外部伺服模块包括第一阀线圈、第二阀线圈、第三阀线圈和伺服机构；电源保护及滤波模块：接收外部控制系统提供的总电源，进行滤波处理，生成滤波后的总电源，并分别为第一电源变换模块和第二电源变换模块供电；第一电源变换模块：接收电源保护及滤波模块的供电，转换成+5V电源、+15V电源和-15V电源；为处理器单元提供+5V电源；为模数变换单元提供+15V电源和-15V电源；第二电源变换模块：接收电源保护及滤波模块的供电，转换成+28V电源，并为功率放大模块提供+28V电源；总线通信控制器：接收外部控制系统传来的总线指令；生成中断信号，并输出中断信号至DSP模块；接收DSP模块传来的地址信号和读写控制信号；接收CPLD传来的片选信号；接收DSP模块传来的测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号发送至总线通信控制器；并将地址信号、读写控制信号、片选信号、测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号输出至外部控制系统；DSP模块：接收总线通信控制器传来的中断信号，生成地址信号、地址选通信号和读写控制信号；并将地址信号和读写控制信号发送至总线通信控制器；将地址信号和地址选通信号发送至CPLD模块；接收A/D转换模块传来的测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号，存储；生成阀电流数字指令信号；并将阀电流数字指令信号发送至D/A转换模块；同时将测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号发送至总线通信控制器；CPLD模块：接收DSP模块传来的地址信号和地址选通信号，解析生成片选信号；并分别将片选信号发送至总线通信控制器、A/D转换模块和D/A转换模块；A/D转换模块：接收CPLD模块传来的片选信号；接收伺服机构传来的测量信号；接收第一阀线圈传来的第一阀电流信号；接收第二阀线圈传来的第二阀电流信号；接收第三阀线圈传来的第三阀电流信号；对测量信号、第一阀电流信号、第二阀电流信号和第三阀电流信号进行模数转换，生成测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号；并将测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号发送至DSP模块；D/A转换模块：接收CPLD模块传来的片选信号；接收DSP模块传来的阀电流数字指令信号；进行模数转换，生成第一阀电流模拟电压指令信号、第二阀电流模拟电压指令信号和第三阀电流模拟电压指令信号；并将第一阀电流模拟电压指令信号、第二阀电流模拟电压指令信号和第三阀电流模拟电压指令信号发送至功率放大单元；功率放大单元：接收D/A转换模块传来的第一阀电流模拟电压指令信号、第二阀电流模拟电压指令信号和第三阀电流模拟电压指令信号；分别转换成第一阀电流信号、第二阀电流信号和第三阀电流信号；并将第一阀电流信号传输至第一阀线圈；将第二阀电流信号传输至第二阀线圈；将第三阀电流信号传输至第三阀线圈。在上述的一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，所述的电源保护及滤波模块接收外部控制系统提供的28.5V总电源。在上述的一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，总线通信控制器的通信速率为1Mbps。在上述的一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，所述DSP模块的主频为120MHz。在上述的一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，所述DSP模块的控制周期为1ms。在上述的一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，所述A/D转换模块的采样速率为256k。在上述的一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，所述A/D转换模块的采样精度为16bit。在上述的一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，所述D/A转换模块的输出电压建立时间为13ns，采样精度为16bit。在上述的一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，所述功率放大模块的转换系数为20ma/v。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术设计了电源变换单元、处理器单元、模数变换单元和功率放大单元，实现了对伺服阀线圈断路、控制器功率放大器端输出异常故障进行智能识别；(2)本专利技术实现了对输出异常故障进行实时补偿，经过伺服系统性能验证，在上述故障情况下，位置特性和频率特性指标不会下降，有利于提高系统可靠性；(3)本专利技术针对于机械反馈式伺服机构控制特点，在阀线圈内阻较大的情况下也可以输出足够的阀电流。附图说明图1为本专利技术伺服控制系统示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术提供一种故障诊断补本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，其特征在于：包括电源变换单元、处理器单元、模数变换单元和功率放大单元；其中，电源变换单元包括第一电源变换模块、第二电源变换模块和电源保护及滤波模块；处理器单元包括总线通信控制器、DSP模块和CPLD模块；所述模数变换单元包括D/A转换模块和A/D转换模块；外部伺服模块包括第一阀线圈、第二阀线圈、第三阀线圈和伺服机构；电源保护及滤波模块：接收外部控制系统提供的总电源，进行滤波处理，生成滤波后的总电源，并分别为第一电源变换模块和第二电源变换模块供电；第一电源变换模块：接收电源保护及滤波模块的供电，转换成+5V电源、+15V电源和‑15V电源；为处理器单元提供+5V电源；为模数变换单元提供+15V电源和‑15V电源；第二电源变换模块：接收电源保护及滤波模块的供电，转换成+28V电源，并为功率放大模块提供+28V电源；总线通信控制器：接收外部控制系统传来的总线指令；生成中断信号，并输出中断信号至DSP模块；接收DSP模块传来的地址信号和读写控制信号；接收CPLD传来的片选信号；接收DSP模块传来的测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号发送至总线通信控制器；并将地址信号、读写控制信号、片选信号、测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号输出至外部控制系统；DSP模块：接收总线通信控制器传来的中断信号，生成地址信号、地址选通信号和读写控制信号；并将地址信号和读写控制信号发送至总线通信控制器；将地址信号和地址选通信号发送至CPLD模块；接收A/D转换模块传来的测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号，存储；生成阀电流数字指令信号；并将阀电流数字指令信号发送至D/A转换模块；同时将测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号发送至总线通信控制器；CPLD模块：接收DSP模块传来的地址信号和地址选通信号，解析生成片选信号；并分别将片选信号发送至总线通信控制器、A/D转换模块和D/A转换模块；A/D转换模块：接收CPLD模块传来的片选信号；接收伺服机构传来的测量信号；接收第一阀线圈传来的第一阀电流信号；接收第二阀线圈传来的第二阀电流信号；接收第三阀线圈传来的第三阀电流信号；对测量信号、第一阀电流信号、第二阀电流信号和第三阀电流信号进行模数转换，生成测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号；并将测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号发送至DSP模块；D/A转换模块：接收CPLD模块传来的片选信号；接收DSP模块传来的阀电流数字指令信号；进行模数转换，生成第一阀电流模拟电压指令信号、第二阀电流模拟电压指令信号和第三阀电流模拟电压指令信号；并将第一阀电流模拟电压指令信号、第二阀电流模拟电压指令信号和第三阀电流模拟电压指令信号发送至功率放大单元；功率放大单元：接收D/A转换模块传来的第一阀电流模拟电压指令信号、第二阀电流模拟电压指令信号和第三阀电流模拟电压指令信号；分别转换成第一阀电流信号、第二阀电流信号和第三阀电流信号；并将第一阀电流信号传输至第一阀线圈；将第二阀电流信号传输至第二阀线圈；将第三阀电流信号传输至第三阀线圈。...

【技术特征摘要】
1.一种故障诊断补偿式多通道独立控制三冗余伺服控制系统，其特征在于：包括电源变换单元、处理器单元、模数变换单元和功率放大单元；其中，电源变换单元包括第一电源变换模块、第二电源变换模块和电源保护及滤波模块；处理器单元包括总线通信控制器、DSP模块和CPLD模块；所述模数变换单元包括D/A转换模块和A/D转换模块；外部伺服模块包括第一阀线圈、第二阀线圈、第三阀线圈和伺服机构；电源保护及滤波模块：接收外部控制系统提供的总电源，进行滤波处理，生成滤波后的总电源，并分别为第一电源变换模块和第二电源变换模块供电；第一电源变换模块：接收电源保护及滤波模块的供电，转换成+5V电源、+15V电源和-15V电源；为处理器单元提供+5V电源；为模数变换单元提供+15V电源和-15V电源；第二电源变换模块：接收电源保护及滤波模块的供电，转换成+28V电源，并为功率放大模块提供+28V电源；总线通信控制器：接收外部控制系统传来的总线指令；生成中断信号，并输出中断信号至DSP模块；接收DSP模块传来的地址信号和读写控制信号；接收CPLD传来的片选信号；接收DSP模块传来的测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号发送至总线通信控制器；并将地址信号、读写控制信号、片选信号、测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号输出至外部控制系统；DSP模块：接收总线通信控制器传来的中断信号，生成地址信号、地址选通信号和读写控制信号；并将地址信号和读写控制信号发送至总线通信控制器；将地址信号和地址选通信号发送至CPLD模块；接收A/D转换模块传来的测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号，存储；生成阀电流数字指令信号；并将阀电流数字指令信号发送至D/A转换模块；同时将测量数字信号、第一阀电流数字信号、第二阀电流数字信号和第三阀电流数字信号发送至总线通信控制器；CPLD模块：接收DSP模块传来的地址信号和地址选通信号，解析生成片选信号；并分别将片选信号发送至总线通信控制器、A/D转换模块和D/A转换模块；A/D转换模块：接收CPLD模块传来的片选信号；接收伺服机构传来的测量信号；接收第一阀线圈传来的第一阀电流信号；接收第二阀线圈传来的第二阀电流信号；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王首浩，郭燕红，李超，王怀侠，崔怡，徐巧童，耿树鲲，刘春庆，胡海楠，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11